WO2018162231A1 - Spiegel mit einer piezoelektrisch aktiven schicht - Google Patents

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WO2018162231A1
WO2018162231A1 PCT/EP2018/054209 EP2018054209W WO2018162231A1 WO 2018162231 A1 WO2018162231 A1 WO 2018162231A1 EP 2018054209 W EP2018054209 W EP 2018054209W WO 2018162231 A1 WO2018162231 A1 WO 2018162231A1
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mirror
layer
piezoelectric
active layer
piezoelectrically active
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PCT/EP2018/054209
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Roland Loercher
Christoph Zaczek
Kerstin HILD
Joahnnes LIPPERT
Yim-Bun-Patrick Kwan
Toralf Gruner
Peter Huber
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a mirror with a piezoelectrically active manipulator layer for deforming an optical functional surface of this mirror in the UV range, in particular in the deep ultraviolet wave range (DUV).
  • the piezo-manipulator layer serves a laterally varying deformation of the optical functional surface in order to correct wavefront errors such as distortion or focus errors.
  • Optical elements as used for example in semiconductor lithography, can already be subject to errors due to manufacturing inaccuracies, which can lead to impairments in the quality of the lithographically produced semiconductor components or to an increased reject rate.
  • wavefront errors such as Distortion or focus errors occur.
  • the optical elements may be heated by absorption of incident radiation, which may lead to deformations of the optical functional surface. Such deformations can also adversely affect the imaging quality of the optical system and even lead to failure of the optical system.
  • any nonuniformities of the mirrors which have arisen are conventionally corrected by controllable mechanical compensators (see, for example, US Pat. No. 7,545,585B2). However, these do not allow for adaptive corrections of the optical surface of the mirror itself.
  • adaptive optical elements For adaptive correction or reduction of deformation errors, in particular during system operation, it is also possible to use so-called adaptive optical elements.
  • it is from semiconductor lithography in extreme ultraviolet (EUV) region known to correct errors of the optical surface using the piezoelectric effect.
  • EUV extreme ultraviolet
  • mirrors are provided with a piezoelectrically active layer which is applied between a substrate and the optical surface of the mirror.
  • the piezoelectrically active layer may be integrated directly into the substrate.
  • the optical surface of the mirror can be locally displaced or, in particular, locally deformed.
  • Such a mirror for applications in the EUV wavelength range is known for example from DE 10 201 1 084 649 A1.
  • DE 10 201 1 005 940 A1 describes a dividedled EUV mirror with individual mirror elements, which consist of substrate, piezoelectric layer and optical functional layers. Through targeted deformation of individual mirror elements, a deformation of the entire mirror surface is achieved in order to correct wavefront errors in particular.
  • the piezoelectrically active layers used in the EUV wavelength range typically have a layer thickness of a few micrometers and are applied, for example, by means of magnetron sputtering or else with pulsed laser deposition (PLD).
  • PLD pulsed laser deposition
  • Such layer thicknesses are sufficient to correct the deformations of optical surfaces occurring there in the EUV range with working wavelengths between 5 nm and 30 nm.
  • the required strokes are in the range between 5 and 10nm.
  • Object of the present invention is therefore to provide a mirror with a piezoelectric active layer, with the help of larger errors and deformations of the optical surface, such as distortion and
  • Wavefront error can be corrected.
  • the mirror is intended to be particularly suitable for applications in the DUV and VUV wavelength range.
  • An inventive mirror has an optically active surface for the reflection of electromagnetic radiation, which is arranged on a substrate. Between substrate and optically active surface is a piezoelectric active layer, which is applied by means of gas flow sputtering.
  • gas flow sputtering a flow of piezoelectric material to be applied to the substrate is produced in a hollow cathode and passed through a coil onto the substrate by means of a gas flow.
  • a hollow cathode glow discharge is generated by supplying an inert gas in the interior of the hollow cathode, is dusted by the cathode material of the hollow cathode.
  • This sputtered cathode material passes through the exit to the substrate where it deposits.
  • Reactive gas flow sputtering additionally introduces a reactive gas. tet, so that the sputtered from the hollow cathode material can react with the reactive gas.
  • gas flow sputtering With the help of gas flow sputtering, it is possible to deposit dense and structurally high-quality layers with high homogeneity and purity, whereby no (or only a very small) temperature load of the substrate takes place. It has been found that gas flow sputtering is well suited to be made of piezoelectrically active materials such as e.g. PZT (lead zirconate titanate) to sputter mechanically stable layers with a layer thickness of up to several 100 ⁇ onto a substrate.
  • PZT lead zirconate titanate
  • piezoelectrically active layers of this layer thickness it is possible by application of a voltage to generate strokes of the order of magnitude of up to 150 nm, which are necessary for the correction of wavefront errors and deformations in optical elements in lithography systems of the DUV-A / UV wavelength range.
  • a mirror with a piezoelectric active layer generated by gas flow sputtering is therefore particularly suitable for applications in the DUVA / UV range with wavelengths in the order of 100 nm - 300 nm.
  • the piezoelectrically active layer is provided on its side facing the substrate and its side facing the optically active surface with electrodes with which a voltage can be applied to the piezoelectrically active layer.
  • a voltage can be applied to the piezoelectrically active layer.
  • an electric field is generated, through which the layer thickness of the piezoelectrically active layer can be varied, whereby the applied to the piezoelectric active layer optically active surface can be moved locally.
  • the crystalline active layer material undergoes no phase transformation, but there is only a shift of positive and negative charge centers within the crystal structure of the electric
  • This change in thickness is accompanied by a change in length parallel to the lateral extent of the piezoelectrically active layer.
  • This change in length parallel to the surface leads to a and lateral forces acting on the substrate and deforms it.
  • Such a deformation may in particular include a bending of the substrate and / or an indentation of a deflected region of the piezoelectric layer into the soft substrate due to lateral stresses (so-called "bending or indentation effect"). The softer the substrate, the stronger the deformation.
  • FIG. 8 a shows an optical element 210 with a substrate 214 and a homogeneous piezoelectrically active layer 213, which is provided with a lower electrode 215 and an upper electrode 216. If an electrical voltage is applied between the electrodes 215, 216, this leads to a change in thickness of a region of the piezoelectrically active layer 213 arranged between the electrodes 215, 216 and to a deformation of the substrate 214, which is indicated in FIG. 8a by an outer contour 220 indicated by a dashed line is indicated. Lateral stresses build up mainly by a bending of the substrate 214. Added to this is a local sinking of the piezoelectrically active layer 213 into the substrate material (indentation). The arrows 221 indicate the acting mechanical stresses in the lateral direction.
  • FIG. 8b shows an optical element 210 'with a homogeneous piezoelectrically active layer 213' on a substrate 214 ', which is rigidly bonded to the outside world by means of gluing or welding, whereby the bending stiffness of the substrate 214' is increased. If, in this case, an electrical voltage is applied between the electrodes 215 ', 216', this leads-as in the example of FIG. 8a-to a change in thickness of the region of the piezoelectrically active layer 213 'arranged between the electrodes 215', 216 ' to a deformation of the substrate 214 '(see the dashed outer contour 220'). Due to the substrate fixation, the mechanical stresses in this case, however, mainly depend on indentation.
  • piezoelectrically active layer In order to minimize such global stresses between the piezoelectrically active layer and the substrate, it is advantageous to place the piezoelectrically active layer in one To structure a plurality of separate, juxtaposed piezoelectric elements. This division of the piezoelectrically active layer is also referred to below as "parcelling.”
  • the piezoelectric elements may in particular have a circular or hexagonal cross-section In the lateral direction, the size of the piezoelectric elements is between a few ⁇ m to the low mm -Area.
  • the juxtaposed piezoelectric elements have the shape of columns arranged substantially perpendicular to the optical surface, which may be arranged close to each other or spaced apart.
  • a voltage is applied in the direction of the column, the length of the columns increases, while at the same time the thickness of the column decreases.
  • the absolute cross-sectional changes occurring are only very slight, so that only small forces are exerted on the substrate. In this way, deformation (deflection or sinking) of the substrate due to transverse forces through the piezo layer can be avoided or greatly reduced.
  • the parceling ensures that the ratio d3 _eff / d33_eff between the effective piezoelectric coefficient d3i_eff, which is a measure of the lateral distortion (here: contraction) when the field is applied perpendicular thereto, and the effective piezoelectric coefficient d33_eff, which is a measure of the distortion (here: expansion) parallel to the applied field, becomes smaller for each column.
  • the influence of lateral mechanical stresses decreases, sinking
  • the parceling comprises not only the piezoelectric layer, but also the upper electrode or also the optical layer.
  • the mirror thus contains a plurality of juxtaposed mirror elements, which are arranged together on the substrate and whose optically active surfaces together form a mirror surface.
  • the mirror elements can be arranged, for example, in rows and columns substantially in a surface-filling manner or at a mutual distance next to each other.
  • the lateral dimensions can range, for example, from a few ⁇ m to several mm.
  • Such a parceling of the mirror in the form of mirror elements can be produced, for example, by a corresponding masking during the coating or by laser ablation after sputtering.
  • the parcellulation can also be produced lithographically.
  • the parcellulation is limited to the piezoelectrically active layer.
  • a columnar structure can be formed by the choice of certain coating parameters.
  • columnar structures of piezoelectric materials can also be produced by means of other coating methods such as PLD.
  • the diameter of these columns is in the nm range, the distances of adjacent columns are also in the nm range.
  • a continuous piezoelectrically active layer can be produced by means of gas flow sputterers, which in a subsequent step is used, for example. by laser ablation, is dividedled.
  • the piezoelectric layer can also be patterned by means of a shadow mask.
  • a smoothing layer is advantageously provided between the divided piezoelectric active layer and the upper electrode.
  • a smoothing layer is described for example in DE 10201 1007234 A1.
  • a typical material for such a smoothing layer is sufficiently conductive Si.
  • Typical layer thicknesses are ⁇ 300nm, better ⁇ 200nm.
  • the piezoelectric elements may be advantageous to design the piezoelectric elements in such a way that the cross-sectional area of the piezoelectric element changes along its longitudinal axis.
  • the piezoelectric elements may at least partially have a pyramidal or frustoconical shape, with a broader base cross section on its side facing the substrate and a narrower upper cross section on its side facing the optically active surface.
  • the contact area between the piezoelectric layer and adjacent layers can be reduced and deformation of the optical functional layer can be further reduced by deflection.
  • the cross-sectional areas of the piezoelectric elements decrease on both sides, so that the effect of the deflection or the indentation is reduced both in the substrate and in the optical functional layer.
  • the piezoelectrically active layer can also be formed as a continuous layer.
  • the piezoelectrically active layer preferably has a thickness in the range between 10 ⁇ and 50 ⁇ .
  • the yield strength for piezoelectric active materials is typically on the order of 1% to 5%.
  • the layer located immediately below the piezoelectric layer with an adhesion layer, which serves as the basis for the production of the piezoelectrically active layer is used.
  • an adhesion layer which serves as the basis for the production of the piezoelectrically active layer is used.
  • a suitable electrode material such as LaNiO 3
  • on the one hand has a sufficient electrical conductivity and on the other hand serves as a growth layer for the piezoelectric layer.
  • Examples of electrode layer materials are materials having a high electrical conductivity such as Pt, Cr, Al, Pd, etc.
  • the piezoelectrically active layer may in particular consist of lead zirconate titanate (PZT) or of PbMnNbO3 (PMN).
  • PZT lead zirconate titanate
  • PMN PbMnNbO3
  • piezoelectrically active materials such as LiNiO3 or LiTaO3, which show a low hysteresis and a linear behavior as a function of the applied voltage.
  • crystalline LiNiO3 has proven to be a particularly suitable material for the piezoelectrically active layer.
  • This piezoelectric active material has a higher linearity and a lower hysteresis than the conventional piezoelectric materials such as PZT and PMN.
  • the piezoelectric constant of LiNiO3 is lower than that of PZT, so that to achieve a given stroke higher dielectric strengths and thus greater layer thicknesses are needed.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a mirror with a continuous piezoelectric active layer
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a mirror having a plurality of mirror elements with piezoelectric elements
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a mirror having a plurality of mirror elements with conically shaped piezoelectric elements
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a mirror with a microstructured piezoelectric active layer in a first embodiment
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a mirror with a microstructured piezoelectric active layer in a second embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a further development of the mirror of FIG. 5, wherein the mirror comprises a plurality of mirror elements with microstructured piezoelectric elements,
  • FIG. 7 shows a projection exposure apparatus for semiconductor lithography with a mirror according to one of FIGS. 1 to 6;
  • Figures 8a and 8b are schematic representations of a substrate bending (bending) and sinking of a piezoelectrically active layer in the substrate material (indentation).
  • Figures 1 to 6 show schematic sectional views of various embodiments of a mirror 10 according to the invention, which is provided with an optically active surface 12 for the reflection of electromagnetic radiation.
  • the mirror surface 12 is provided with an optically active coating 11 and may be flat (flat mirror) or curved (e.g., convex mirror, concave mirror, cylindrical mirror, etc.) as a whole.
  • the mirrors 10 are to be used in particular in projection exposure apparatuses 100 for semiconductor lithography in the DUV wavelength range (deep ultraviolet with wavelengths below 300 nm) or in the VUV wavelength range (vacuum ultraviolet with wavelengths in the order of 100-200 nm) in order to avoid distortion. or to correct focus errors as well as thermally induced deformations of the projection exposure apparatus 100 (see FIG. 7).
  • the mirror 10 can also be used for other applications, for example in the EUV wavelength range.
  • the mirror 10 comprises a substrate 14, which may be made of metal, silicon, a glass, a ceramic material, etc., for example.
  • a piezoelectrically active layer 13 is applied by means of gas flow sputtering.
  • the piezoelectrically active layer 13 consists, for example, of lead zirconate titanate (PZT) or of lead magnesium niobate (PMN).
  • PZT lead zirconate titanate
  • PMN lead magnesium niobate
  • the piezoelectric layer 13 may contain crystalline LiNiO 3 or LiTaO 3.
  • the piezoelectrically active layer 13 of the mirror 10 a shown in FIG. 1 is applied as a monolithic, continuous layer 24.
  • the layer thickness 23 of this active layer 13 can be reversibly changed using the piezoelectric effect.
  • electrodes 15, 16 are provided, which are arranged on both sides of the piezoelectrically active layer 13; By applying an electrical voltage between these electrodes 15, 16, the layer thickness 23 in the z-direction (ie, perpendicular to the optically active surface 12) can thus be changed.
  • the lower electrode 15 forms a continuous layer
  • a plurality of individual electrodes 16 insulated from one another is provided as the upper electrode 16, to which locally different voltages can be applied for generating an electrical field acting locally on the piezoelectrically active layer 13.
  • the upper electrodes 16 thereby form a hexagonal, rectangular or circular structure of individual electrodes, which are electrically isolated from one another by gaps with a width in the ⁇ range.
  • the lateral extent of the upper individual electrodes 16 varies, depending on the application, between a few ⁇ m up to the cm range.
  • a required electrode structure with a continuous lower electrode 15 and separately controllable upper individual electrodes 16 is known for example from DE 10 2013 219 583 A1.
  • differently high electrical voltages can be applied to the upper electrodes 16 with the aid of voltage sources 27 assigned to these electrodes 16, so that locally different layer thicknesses 23 occur within the piezoelectrically active layer 13.
  • These layer thicknesses can vary depending on which Voltage sources 27 are varied between a minimum value (in the absence of an electric field) and a maximum value.
  • the yield strength of common piezoelectric active materials is typically between 1% and 5%.
  • the applied with the aid of gas flow sputtering piezoelectric active layer 13 typically has a thickness between a few ⁇ and about 100 ⁇ for applications in the DUV or in the VUV wavelength range.
  • a piezoelectrically active layer 13 of 10 ⁇ m in thickness it is possible to achieve strokes in the order of magnitude of 50-150 nm by applying an electrical voltage, as required for the correction of distortions and focus errors in the DUV wavelength range.
  • the growth layer 18 also supports the piezoelectric active layer 13 to grow in a suitable crystal direction.
  • a growth layer 18 made of LaNiO3 is recommended for PZT.
  • the layer thicknesses of typical growth layers 18 are in the range between 10 nm and 25 nm.
  • the electrodes 15, 16 which are in surface contact with the active layer material or the growth layer 18 consist of an electrically conductive material, for example Pt, Pd, Cr, Al, etc. , and are connected by electrically conductive connections to a switchable or controllable voltage source 27.
  • the layer thicknesses of the electrodes 15, 16 are typically several nm.
  • the piezoelectrically active layer 13 in the form of a monolithic, continuous layer 24, it is possible to structure or parcel the piezoelectrically active layer 13 into a plurality of juxtaposed, piezoelectrically active elements 13 ", as shown in FIG indicated by dashed lines.
  • a parcellulation can be carried out, for example, by local laser ablation of the gas-flow sputtered layer 13 before or after the application of the upper electrodes 16.
  • the parceling may already be generated during application of the piezoelectric active layer 13 using gas flow sputtering by selectively applying only the piezoelectric active material and leaving sputtering areas between the individual elements 13 'such that gaps between the electrodes are eliminated Individual elements 13 "are formed.
  • the lateral extent of the piezoelectrically active elements 13 "advantageously corresponds to the lateral extent of the upper electrodes 16, so that each upper electrode 16 is assigned a piezoelectrically active element 13", its expansion in the z direction by applying a voltage to the upper electrode 16 assigned to it can be changed.
  • Figure 2 shows an embodiment of a mirror 10b comprising a plurality of mirror elements 30 arranged side by side, which are arranged together on the substrate 14 and together form an optical surface 12 'of the mirror 10b.
  • Each mirror element 30 represents a fraction of the total mirror surface 12.
  • the mirror elements 30 have a rectangular cross-section and are arranged at a mutual distance 31 next to one another. Depending on the application, only a few up to more than 1000 mirror elements 30 can be provided in the entire mirror surface.
  • Each mirror element 30 comprises a lower electrode 15 'and an upper electrode 16, a piezoelectric element 20 arranged between the electrodes 15', 16 and an optically active coating 11 '.
  • Each mirror element 30 thus has its own lower and upper electrode 15 ', 16 in order to be able to act on the piezoelectric element 20 assigned to this mirror element 30 independently of the other mirror elements with an electric field of predeterminable strength.
  • the lateral extent of the mirror elements 30 is typically in the range between a few ⁇ m to the cm range.
  • the parcelling of the game gelsl Whether in the form of mirror elements 30 can be generated by a corresponding masking or laser ablation.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a mirror 10c with mirror elements 30 ", which are arranged together on the growth layer 18 and together form the optical surface 12" of the mirror 10c.
  • the substrate 14, the lower electrode 15 and the growth layer 18 span the entire mirror 10c continuously, analogously to the exemplary embodiment of FIG. 1, while the piezoelectrically active layer 13, the upper electrode 16 and the optically active layer 1 1 "are configured in a dividedled manner and form the mirror elements 30 ".
  • the piezoelectric elements 20 "of the mirror elements 30" in this case have a conical shape with along the longitudinal axis z varying cross-section 21, so that her (the growth layer 18 adjacent) foot has a larger cross section than her (the optically active layer 1 1 "facing) Head.
  • FIGS. 4 to 6 show exemplary embodiments of mirrors 10d, 10e and 10f in which the piezoelectrically active layer 13 'is microstructured in the form of a multiplicity of individual columns 25 arranged next to one another. Between the individual columns 25 are spaces 26, so that the columns 25 at the
  • the microstructuring of the piezoelectric layer 13 'in individual columns 25 shown in FIG. 4 was produced by locally etching a continuous piezoelectric active layer applied by means of gas flow sputtering; In this way, a very regular arrangement of uniformly spaced individual columns 25 can be generated.
  • a smoothing layer 17, for example made of amorphous silicon is provided, the surface of which can then be smoothly polished by means of ion beam before the electrode layer 16 is applied.
  • the pillar structure may be generated directly as the piezoelectric active layer 13 'grows by gas flow sputtering.
  • the growth process of the piezoelectrically active layer 13 ' is controlled in such a way that a columnar growth in the form of juxtaposed columns 25' sets.
  • a column structure produced in this way is shown in FIG. A subsequent microstructuring step is no longer necessary in this case.
  • the structure of the columns 25 'and the spacing 26' of adjacent columns 25 ' is more irregular in this case than in the case of a post-microstructured piezoelectric active layer 13' of Figure 4.
  • a smoothing layer 17 is provided.
  • microstructured piezoelectrically active layer 13 it is possible to pattern the microstructured piezoelectrically active layer 13 'by shadow masks or by laser ablation into a plurality of mirror elements 32 each comprising a plurality of pillars 25, 25'. This is shown in FIG. Mirror elements 32, which can be driven separately by applying different voltages to the electrodes 15, 16, thus again arise here. Such structuring is compared to the individual columns 25 of Figure 4 procedurally easier to produce.
  • FIG. 7 shows a projection lithography apparatus 100 for semiconductor lithography in which the invention described above is used and which serves to illuminate structures on a substrate coated with photosensitive materials.
  • the substrate generally consists predominantly of silicon and is referred to as wafer 102, from which in particular semiconductor components such as computer chips can be produced.
  • the projection exposure apparatus 100 essentially shows an illumination device 103, a device 104 called a reticle, for recording and exact positioning of a mask provided with a structure, a so-called reticle 105, by which the later structures on the wafer 102 are determined, a device 106 for mounting , Movement and exact positioning of just this wafer 102 and an imaging device, namely a projection lens 107, with a plurality of optical elements 108 and 108 ', which are held on frames 109 in a lens housing 140 of the projection lens 107.
  • the basic functional principle provides that the structures introduced into the reticle 105 are imaged onto the wafer 102; the image is usually scaled down.
  • the illumination device 103 provides a projection beam in the form of electromagnetic radiation required for imaging the reticle 105 on the wafer 102.
  • the source of this radiation may be a laser, a plasma source or the like.
  • the radiation is formed in the illumination device 103 via optical elements such that the projection beam when impinging on the reticle 105 has the desired properties in terms of diameter, polarization, shape of the wavefront and the like.
  • an image of the reticle 105 is generated and transmitted to the wafer 102 in a reduced manner by the projection objective 107, as already explained above.
  • the reticle 105 and the wafer 102 can be moved synchronously, so that regions of the reticle 105 are imaged onto corresponding regions of the wafer 102 virtually continuously during a so-called scanning process.
  • the projection objective 107 has a multiplicity of individual refractive, diffractive and / or reflective optical elements 108, or 108 'such as, for example, lenses, mirrors, prisms, end plates and the like.
  • the two mirrors 108 ' are used for folding the projection beam.
  • the structure explained with reference to FIGS a deformable mirror 10 for one of the two mirrors 108 'or for both mirrors 108' may be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel (10) mit einer optisch aktiven Fläche (12) zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung und mit mindestens einer piezoelektrisch aktiven Schicht (13) zur Deformation der optisch aktiven Fläche (12), wobei die piezoelektrisch aktive Schicht (13) zwischen der optisch aktiven Fläche (12) und einem Substrat (14) angeordnet ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei der piezoelektrisch aktiven Schicht (13) um eine Gasfluss-Sputterschicht. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich mechanisch stabile Piezoschichten mit Schichtdicken zwischen einigen µm und Hunderten von µm erzeugen, die für eine Verwendung des Spiegels (10) im DUV/VUV-Wellenlängenbereich notwendig sind. Vorteilhafterweise weist der Spiegel (10) eine Parzellierung der piezoelektrisch aktiven Schicht (13) in eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen (30) auf.

Description

Spiegel mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 203 647.8 in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft einen Spiegel mit einer piezoelektrisch aktiven Manipulatorschicht zur Deformation einer optischen Funktionsfläche dieses Spiegels im UV- Bereich, insbesondere im tiefen Ultraviolett-Wellenbereich (DUV). Die Piezo- Manipulatorschicht dient dabei einer lateral variierenden Verformung der optischen Funktionsfläche, um Wellenfrontfehler wie beispielsweise Verzeichnungs- oder Fokusfehler korrigieren zu können.
Optische Elemente, wie sie beispielsweise in der Halbleiterlithographie zum Einsatz kommen, können schon aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten fehlerbehaftet sein, was zu Beeinträchtigungen der Qualität der lithographisch hergestellten Halbleiterbauelemente bzw. zu einer erhöhten Ausschussquote führen kann. Es können einerseits Wellenfrontfehler wie z.B. Verzeichnungs- oder Fokusfehler auftreten. Andererseits können sich die optischen Elemente während des Betriebs des Lithographiesystems durch Absorption einfallender Strahlung erwärmen, was zu Verformungen der optischen Funktionsfläche führen kann. Solche Verformungen können die Abbildungsqualität des optischen Systems ebenfalls negativ beeinflussen und sogar zum Ausfall des optischen Systems führen.
Im tiefen oder Vakuum-Ultraviolettbereich (DUV bzw. VUV) werden eventuell entstehende Nichtuniformitäten der Spiegel herkömmlicherweise durch ansteuerbare mechanische Kompensatoren korrigiert (siehe beispielsweise US7545585B2). Diese gestatten jedoch keine adaptiven Korrekturen der optischen Oberfläche des Spiegels selbst.
Zur adaptiven Korrektur bzw. Reduktion von Verformungsfehlern insbesondere während des Systembetriebs können weiterhin sogenannte adaptive optische Elemente eingesetzt werden. Insbesondere ist es aus der Halbleiterlithographie im extremen Ultraviolettbereich (EUV) bekannt, Fehler der optischen Oberfläche unter Verwendung des piezoelektrischen Effekts zu korrigieren. Hierzu werden Spiegel mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht versehen, die zwischen einem Substrat und der optischen Oberfläche des Spiegels aufgebracht ist. Alternativ kann die piezoelektrisch aktive Schicht direkt in das Substrat integriert sein. Durch Anlegen einer Spannung an die piezoelektrisch aktive Schicht kann die optische Oberfläche des Spiegels lokal verschoben bzw. insbesondere lokal verformt werden. Ein solcher Spiegel für Anwendungen im EUV-Wellenlängenbereich ist beispielsweise aus DE 10 201 1 084 649 A1 bekannt. Weiterhin beschreibt DE 10 201 1 005 940 A1 einen parzellierten EUV-Spiegel mit einzelnen Spiegelelementen, die aus Substrat, piezoelektrischer Schicht und optischen Funktionsschichten bestehen. Durch gezielte Deformation einzelner Spiegelelemente wird eine Verformung der gesamten Spiegeloberfläche erreicht, um vor allem Wellenfrontfehler zu korrigieren.
Wie beispielsweise in DE 10 201 1 007 234 A1 beschrieben, haben die im EUV- Wellenlängenbereich zum Einsatz kommenden piezoelektrisch aktiven Schichten typischerweise eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern und werden beispielsweise mit Hilfe des Magnetronsputterns oder auch mit gepulster Laserdeposition (PLD) aufgebracht. Solche Schichtdicken sind ausreichend, um im EUV-Bereich mit Arbeitswellenlängen zwischen 5 nm und 30 nm die dort auftretenden Deformationen optischer Oberflächen zu korrigieren. Die dafür erforderlichen Hübe liegen im Bereich zwischen 5 und 10nm.
Zur Korrektur von Verzeichnungs- oder Fokusfehlern auf optischen Elementen zur Verwendung im DUV-A/UV-Wellenlängenbereich sind aufgrund der dort geforderten Lastfälle allerdings wesentlich dickere piezoelektrisch aktive Schichten (mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von mehr als 10 μηη) vonnöten, um höhere Durchschlagsfestigkeiten gewährleisten zu können. Damit können höhere Spannungen an die piezoelektrische Schicht angelegt und größere Hübe erreicht werden. Die hier erforderlichen Hübe liegen im Bereich zwischen 20 und 150nm. Beim Versuch, unter Verwendung der in DE 10 201 1 007 234 A1 beschriebenen Beschichtungsver- fahren solche für den DUV-A/UV-Wellenlängenbereich geeigneten piezoelektrisch aktiven Schichten mit größerer Schichtdicke zu erzeugen, hat sich jedoch herausgestellt, dass magnetron-gesputterte Schichten dieser Dicke aufgrund eines zu hohen Schichtstresses schnell abplatzen. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass bei Piezoschichten, die mit PLD (Pulsed Laser Deposition) hergestellt wurden, ab einer gewissen Dicke das piezoelektrische Material nicht mehr in hinreichend kristalliner Form aufwächst und die Aktuierungswirkung der piezoelektrischen Schicht nach- lässt. Die gängigen, aus dem EUV-Wellenlängenbereich bekannten Verfahren zum Aufbringen piezoelektrisch aktiver Schichten sind somit auf Anwendungen im DUV- A/UV-Wellenlängenbereich nicht ohne weiteres übertragbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Spiegel mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht bereitzustellen, mit deren Hilfe größere Fehler und Verformungen der optischen Oberfläche, beispielsweise Verzeichnungs- und
Wellenfrontfehler, korrigiert werden können. Der Spiegel soll insbesondere für Anwendungen im DUV- und VUV-Wellenlängenbereich geeignet sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spiegel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 . Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Spiegel weist eine optisch aktive Fläche zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung auf, die auf einem Substrat angeordnet ist. Zwischen Substrat und optisch aktiver Fläche befindet sich eine piezoelektrisch aktive Schicht, die mit Hilfe des Gasflusssputterns aufgebracht ist. Ein solches Sputterverfahren ist beispielsweise in DD 294 51 1 A5 und in DE 1 1 2010 005 558 B4 beschrieben. Beim Gasflusssputtern wird in einer Hohlkathode ein Fluss von auf das Substrat aufzutragendem piezoelektrischem Material erzeugt und mittels eines Gasstroms durch eine Spule auf das Substrat geleitet. Dabei wird durch das Zuführen eines Inertgases im Innenraum der Hohlkathode eine Hohlkathoden-Glimmentladung erzeugt, durch die Kathodenmaterial von der Hohlkathode abgestäubt wird. Dieses abgestäubte Kathodenmaterial gelangt durch den Ausgang auf das Substrat, wo es sich ablagert. Beim reaktiven Gasflusssputtern wird zusätzlich ein reaktives Gas eingelei- tet, so dass das von der Hohlkathode abgestäubte Material mit dem reaktiven Gas reagieren kann.
Mit Hilfe des Gasflusssputtern ist es möglich, dichte und strukturell hochwertige Schichten mit hoher Homogenität und Reinheit abzuscheiden, wobei keine (oder nur eine sehr geringe) Temperaturbelastung des Substrates erfolgt. Es hat sich herausgestellt, dass das Gasflusssputtern gut geeignet ist, um aus piezoelektrisch aktiven Materialien wie z.B. PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) mechanisch stabile Schichten mit einer Schichtdicke von bis zu einigen 100 μηη auf ein Substrat aufzusputtern. Mit piezoelektrisch aktiven Schichten dieser Schichtdicke können durch Anlegen einer Spannung Hübe in der Größenordnung bis zu 150 nm erzeugt werden, die für die Korrektur von Wellenfront-Fehlern und Verformungen in optischen Elementen in Lithographieanlagen des DUV-A/UV-Wellenlängenbereichs notwendig sind. Ein Spiegel mit einer durch Gasflusssputtern erzeugten piezoelektrisch aktiven Schicht eignet sich daher insbesondere für Anwendungen im DUVA/UV-Bereich mit Wellenlängen in der Größenordnung von 100 nm - 300 nm.
Die piezoelektrisch aktive Schicht ist an ihrer dem Substrat zugewandten Seite und ihrer der optisch aktiven Fläche zugewandten Seite mit Elektroden versehen, mit denen an der piezoelektrisch aktiven Schicht eine Spannung angelegt werden kann. Durch diese Spannung wird ein elektrisches Feld erzeugt, durch das die Schichtdicke der piezoelektrisch aktiven Schicht variiert werden kann, wodurch die auf die piezoelektrisch aktive Schicht aufgebrachte optisch aktive Fläche lokal verschoben werden kann. Das kristalline aktive Schichtmaterial durchläuft dabei keine Phasenumwandlung, sondern es findet lediglich eine Verlagerung von positiven und negativen Ladungsschwerpunkten innerhalb der Kristallstruktur des elektrisch
nichtleitenden Schichtmaterials statt.
Unter dem Einfluss einer angelegten Spannung senkrecht zur lateralen Ausdehnung der piezoelektrisch aktiven Schicht erfährt diese also eine Dickenänderung in Richtung des elektrischen Feldes. Diese Dickenänderung geht einher mit einer Längenänderung parallel zur lateralen Ausdehnung der piezoelektrisch aktiven Schicht. Diese Längenänderung parallel zur Oberfläche führt zu einer Schichtspan- nungsänderung und Querkräften, die auf das Substrat wirken und es deformiert. Eine solche Deformation kann insbesondere eine Durchbiegung („Bending") des Substrats beinhalten und/oder mit einem Einsinken („Indentation") eines ausgelenkten Bereichs der piezoelektrischen Schicht in das weiche Substrat aufgrund lateraler Spannungen verbunden sein (sogenannter„Bending bzw. Indentation Effect"). Je weicher das Substrat ist, desto stärker ist die Deformation.
Diese Effekte sollen im Folgenden kurz anhand von Figuren 8a und 8b erläutert werden. Figur 8a zeigt ein optisches Element 210 mit einem Substrat 214 und einer homogenen piezoelektrisch aktiven Schicht 213, die mit einer unteren Elektrode 215 und einer oberen Elektrode 216 versehen ist. Wird zwischen den Elektroden 215, 216 eine elektrische Spannung angelegt, so führt dies zu einer Dickenänderung eines zwischen den Elektroden 215, 216 angeordneten Bereiches der piezoelektrisch aktiven Schicht 213 und zu einer Deformation des Substrats 214, was in Figur 8a durch eine gestichelt angedeutete Außenkontur 220 angedeutet ist. Laterale Spannungen bauen sich dabei vornehmlich durch eine Verbiegung (Bending) des Substrats 214 ab. Hinzu kommt ein lokales Einsinken der piezoelektrisch aktiven Schicht 213 in das Substratmaterial (Indentation). Die Pfeile 221 geben die wirkenden mechanischen Spannungen in lateraler Richtung an.
Figur 8b zeigt ein optisches Element 210' mit einer homogenen piezoelektrisch aktiven Schicht 213' auf einem Substrat 214', das mittels Klebung oder Schweißen starr an die Außenwelt angebunden ist, wodurch die Biegesteifigkeit des Substrats 214' erhöht wird. Wird in diesem Fall zwischen den Elektroden 215', 216' eine elektrische Spannung angelegt, so führt dies - ebenso wie im Beispiel der Figur 8a - zu einer Dickenänderung des zwischen den Elektroden 215', 216' angeordneten Bereiches der piezoelektrisch aktiven Schicht 213' und zu einer Deformation des Substrats 214' (siehe die gestrichelte Außenkontur 220'). Aufgrund der Substratfixierung bauen sich die mechanischen Spannungen in diesem Fall allerdings vornehmlich über Indentation ab.
Um solche globalen Spannungen zwischen piezoelektrisch aktiver Schicht und Substrat zu minimieren, ist es vorteilhaft, die piezoelektrisch aktive Schicht in eine Vielzahl separater, nebeneinander angeordneter piezoelektrischer Elemente zu strukturieren. Diese Aufteilung der piezoelektrisch aktiven Schicht wird im Folgenden auch„Parzellierung" genannt. Die piezoelektrischen Elemente (Parzellen) können insbesondere einen kreisförmigen oder hexagonalen Querschnitt haben. In lateraler Richtung liegt die Ausdehnung der piezoelektrischen Elemente in der Größe zwischen einigen μηη bis in den niedrigen mm-Bereich.
Die nebeneinander angeordneten piezoelektrischen Elemente haben die Gestalt von im Wesentlichen senkrecht zur optischen Oberfläche angeordneten Säulen, die dicht nebeneinander oder beabstandet angeordnet sein können. Beim Anlegen einer Spannung in Säulenrichtung nimmt die Länge der Säulen zu, während gleichzeitig die Dicke der Säule abnimmt. Bei Säulen geringer Querschnittsfläche sind die dabei auftretenden absoluten Querschnittsänderungen nur sehr gering, so dass nur geringe Kräfte auf das Substrat ausgeübt werden. Auf diese Weise kann eine Verformung (Durchbiegung bzw. Einsinken) des Substrats aufgrund von Querkräften durch die Piezoschicht vermieden bzw. stark reduziert werden. Mit anderen Worten sorgt die Parzellierung dafür, dass das Verhältnis d3 _eff/d33_eff zwischen dem effektiven, pieozoelektrischen Koeffizienten d3i_eff, der ein Maß für die laterale Verzerrung (hier: Kontraktion) bei senkrecht dazu angelegtem Feld darstellt, und dem effektiven, piezoelektrischen Koeffizienten d33_eff, der ein Maß für die Verzerrung (hier: Ausdehnung) parallel zum angelegten Feld darstellt, für jede Säule kleiner wird. Der Ein- fluss von lateralen mechanischen Spannungen nimmt ab, das Einsinken
(Indentation) des Substrats aufgrund der auf es wirkenden mechanischen Spannungen lässt nach, der effektiv erzielte Piezohub wird größer.
Dabei wird dieser positive Effekt nicht nur bei gasflussgesputterten piezoelektrischen Schichten erreicht. Es ist grundsätzlich auch möglich und vorteilhaft, parzellierte piezoelektrische Schichten zu verwenden, welche nicht durch Gasflusssputtern erzeugt wurden. Die nachfolgend dargestellten Ausführungsformen und Beispiele der Erfindung, welche parzellierte piezoelektrische Schichten betreffen, lassen sich prinzipiell auch auf herkömmlich hergestellte piezoelektrische Schichten übertragen. In einer ersten Ausgestaltung umfasst die Parzellierung nicht nur die piezoelektrische Schicht, sondern auch die obere Elektrode bzw. auch die optische Schicht. Der Spiegel enthält somit eine Vielzahl nebeneinander angeordneten Spiegelelementen, die gemeinsam auf dem Substrat angeordnet sind und deren optisch aktive Oberflächen gemeinsam eine Spiegelfläche bilden. Die Spiegelelemente können beispielsweise in Reihen und Spalten im Wesentlichen flächenfüllend oder aber mit gegenseitigem Abstand nebeneinander angeordnet sein. Die lateralen Dimensionen können je nach Anwendungsfall z.B. im Bereich von wenigen μηη bis hin zu mehreren mm liegen.
Eine solche Parzellierung des Spiegels in Form von Spiegelelementen kann beispielsweise durch eine entsprechende Maskierung während der Beschichtung oder durch Laserablation nach dem Sputtern erzeugt werden. Bei ebenen Substraten kann die Parzellierung auch lithographisch erzeugt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung beschränkt sich die Parzellierung auf die piezoelektrisch aktive Schicht. In diesem Fall kann etwa im Zuge des Gasflusssputterns durch die Wahl bestimmter Beschichtungsparameter eine säulenartige Struktur gebildet werden. Dabei können säulenartige Strukturen von piezoelektrischen Materialien auch mittels anderer Beschichtungsverfahren wie etwa PLD erzeugt werden. Der Durchmesser dieser Säulen liegt im nm-Bereich, die Abstände benachbarter Säulen liegen ebenfalls im nm Bereich. Alternativ kann mittels Gasflusssput- tern eine durchgängige piezoelektrisch aktive Schicht erzeugt werden, die in einem Folgeschritt z.B. durch Laserablation, parzelliert wird. Alternativ kann die piezoelektrische Schicht auch durch Beschichtung mittels Schattenmaske strukturiert werden.
In beiden Ausführungsarten ist vorteilhafterweise zwischen der parzellierten piezoelektrisch aktiven Schicht und der oberen Elektrode eine Glättungsschicht vorgesehen. Eine solche Glättungsschicht ist beispielsweise in DE 10201 1007234 A1 beschrieben. Mittels einer solchen Glättungsschicht können Oberflächenunregelmäßigkeiten der parzellierten piezoelektrischen Elemente ausgeglichen und die Aufwachsbedingungen für die nachfolgenden oberen Elektroden und die optisch wirksame Funktionsschicht verbessert werden. Ein typisches Material für eine solche Glättungsschicht ist hinreichend leitfähiges Si. Typische Schichtdicken liegen bei < 300nm, besser < 200nm.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die piezoelektrischen Elemente in einer solchen Weise zu gestalten, dass sich die Querschnittsfläche des piezoelektrischen Elements entlang seiner Längsachse ändert.
Dabei können die piezoelektrischen Elemente zumindest abschnittsweise eine pyramidenförmige oder frustokonische Form haben, mit einem breiteren Basisquerschnitt an ihrer dem Substrat zugewandten Seite und einem schmaleren oberen Querschnitt an ihrer der optisch aktiven Fläche zugewandten Seite. Auf diese Weise kann die Kontaktfläche zwischen der piezoelektrischen Schicht und benachbarten Schichten verringert und eine Verformung der optischen Funktionsschicht durch Durchbiegung weiter reduziert werden. Es ist ebenso denkbar, dass sich die Querschnittsflächen der piezoelektrischen Elemente zu beiden Seiten hin verringern, so dass sich sowohl im Substrat als auch in der optischen Funktionsschicht der Effekt der Durchbiegung bzw. des Eindrückens verringert.
Alternativ zum parzellierten Aufbau der piezoelektrisch aktiven Schicht kann die piezoelektrisch aktive Schicht auch als durchgängige Schicht ausgebildet sein.
Die piezoelektrisch aktive Schicht weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 10 μΐη und 50 μηη auf. Die Streckgrenze für piezoelektrisch aktive Materialien liegt typischerweise in der Größenordnung zwischen 1 % und 5%. Damit lassen sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die piezoelektrische Schicht Hübe in einer Größenordnung erreichen, wie sie für die Korrektur von Verzeichnungs- oder Fokusfehlern im DUV- und VUV-Wellenlängenbereich erforderlich sind.
Um eine mechanische Anbindung der durch Gasflusssputtern aufzubringenden piezoelektrisch aktiven Schicht zu den darunterliegenden Schichten zu verbessern, ist es vorteilhaft, die unmittelbar unterhalb der piezoelektrischen Schicht liegende Schicht mit einer Anwachsschicht zu versehen, die als Basis für die Erzeugung der piezoelektrisch aktiven Schicht dient. Dies kann auch durch ein geeignetes Elektro- denmaterial wie beispielsweise LaNiO3 erreicht werden, das einerseits eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit besitzt und andererseits als Anwachsschicht für die piezoelektrische Schicht dient. Alternativ kann man eine separate Elektrodenschicht verwenden und darauf die Anwachsschicht (z.B. aus LaNiOs) aufbringen. Beispiele für Elektrodenschichtmaterialien sind Materialien mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit wie Pt, Cr, AI, Pd etc.
Die piezoelektrisch aktive Schicht kann insbesondere aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder aus PbMnNbO3 (PMN) bestehen.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz piezoelektrisch aktiver Werkstoffe wie LiNiO3 oder LiTaO3, die eine geringe Hysterese und ein lineares Verhalten als Funktion der angelegten Spannung zeigen. Dabei hat sich kristallines LiNiO3 als besonders geeigneter Werkstoff für die piezoelektrisch aktive Schicht herausgestellt. Dieses piezoelektrisch aktive Material weist eine höhere Linearität und eine geringere Hysterese auf als die gängigen piezoelektrischen Werkstoffe wie PZT und PMN. Allerdings ist die piezoelektrische Konstante von LiNiO3 niedriger als die von PZT, so dass zur Erreichung eines vorgegebenen Hubes höhere Durchschlagsfestigkeiten und damit größere Schichtdicken vonnöten sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Spiegels mit einer durchgängigen piezoelektrisch aktiven Schicht;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Spiegels mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen mit piezoelektrischen Elementen;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Spiegels mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen mit konisch geformten piezoelektrischen Elementen; Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines Spiegels mit einer mikrostrukturierten piezoelektrisch aktiven Schicht in einer ersten Ausführungsform;
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Spiegels mit einer mikrostrukturierten piezoelektrisch aktiven Schicht in einer zweiten Ausführungsform;
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer Weiterentwicklung des Spiegels der Figur 5, wobei der Spiegel eine Mehrzahl von Spiegelelementen mit mikrostrukturierten piezoelektrischen Elementen umfasst,
Figur 7 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Spiegel nach einem der Figuren 1 bis 6; und
Figuren 8a und 8b schematische Darstellungen einer Substratverbiegung (Bending) und Einsinken einer piezoelektrisch aktiven Schicht in das Substratmaterial (Indentation).
Die Figuren 1 bis 6 zeigen schematische Schnittdarstellungen verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiegels 10, der mit einer optisch aktiven Fläche 12 zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung versehen ist. Die Spiegelfläche 12 ist mit einer optisch aktiven Beschichtung 1 1 versehen und kann insgesamt eben (Planspiegel) oder gekrümmt (z.B. Konvexspiegel, Konkavspiegel, Zylinderspiegel etc.) sein.
Die Spiegel 10 sollen insbesondere in Projektionsbelichtungsanlagen 100 für die Halbleiterlithographie im DUV-Wellenlängenbereich (deep ultraviolet mit Wellenlängen unterhalb 300 nm) bzw. im VUV-Wellenlängenbereich (vacuum ultraviolet mit Wellenlängen in der Größenordnung 100 - 200 nm) zum Einsatz kommen, um Verzeichnungs- oder Fokusfehler sowie thermisch bedingte Verformungen der Projektionsbelichtungsanlage 100 (siehe Figur 7) zu korrigieren. Der Spiegel 10 kann auch für andere Anwendungen, beispielsweise im EUV-Wellenlängenbereich, verwendet werden.
Der Spiegel 10 umfasst ein Substrat 14, das beispielsweise aus Metall, Silizium, einem Glas, einem keramischen Werkstoff etc. bestehen kann. Auf dieses Substrat 14 ist mit Hilfe des Gasflusssputterns eine piezoelektrisch aktive Schicht 13 aufgebracht. Die piezoelektrisch aktive Schicht 13 besteht beispielsweise aus Blei- Zirkonat-Titanat (PZT) oder aus Blei-Magnesium-Niobat (PMN). Alternativ kann die piezoelektrische Schicht 13 kristallines LiNiOs oder LiTaO3 enthalten.
Die piezoelektrisch aktive Schicht 13 des in Figur 1 dargestellten Spiegels 10a ist als eine monolithische, durchgängige Schicht 24 aufgebracht. Die Schichtdicke 23 dieser aktiven Schicht 13 kann unter Verwendung des piezoelektrischen Effekts reversibel verändert werden. Hierzu sind Elektroden 15, 16 vorgesehen, die beidsei- tig der piezoelektrisch aktiven Schicht 13 angeordnet sind; durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen diesen Elektroden 15, 16 kann somit die Schichtdicke 23 in z-Richtung (also senkrecht zur optisch aktiven Fläche 12) verändert werden. Während die untere Elektrode 15 eine durchgängige Schicht bildet, ist als obere Elektrode 16 eine Vielzahl von gegeneinander isolierten Einzelelektroden 16 vorgesehen, an die lokal unterschiedliche Spannungen zur Erzeugung eines lokal auf die piezoelektrisch aktive Schicht 13 wirkenden elektrischen Feldes angelegt werden können. Auf diese Weise können lateral variable Auslenkungen der piezoelektrisch aktiven Schicht 13 in z-Richtung durchgeführt werden. Die oberen Elektroden 16 bilden dabei eine hexagonale, rechteckige oder kreisförmige Struktur von Einzelelektroden, die durch Zwischenräume mit einer Breite im μηη-Bereich elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die laterale Ausdehnung der oberen Einzelelektroden 16 variiert dabei - je nach Anwendung - zwischen einigen μηη bis in den cm-Bereich hinein. Eine hierfür benötigte Elektrodenstruktur mit durchgängiger unterer Elektrode 15 und separat ansteuerbaren oberen Einzelelektroden 16 ist beispielsweise aus DE 10 2013 219 583 A1 bekannt.
Soll nun die optische Fläche 12 des Spiegels 10a lokal verändert werden, um
Verzeichnungen oder Deformationen zu korrigieren, so können an die oberen Elektroden 16 mit Hilfe von diesen Elektroden 16 zugeordneten Spannungsquellen 27 unterschiedlich hohe elektrische Spannungen angelegt werden, so dass sich lokal unterschiedliche Schichtdicken 23 innerhalb der piezoelektrisch aktiven Schicht 13 einstellen. Diese Schichtdicken können in Abhängigkeit von der durch die Spannungsquellen 27 erzeugten Spannungen zwischen einem Minimalwert (in Abwesenheit eines elektrischen Feldes) und einem Maximalwert variiert werden.
Die Streckgrenze gängiger piezoelektrisch aktiver Materialien liegt typischerweise zwischen 1 % und 5%. Die mit Hilfe des Gasflusssputterns aufgetragene piezoelektrische aktive Schicht 13 hat für Anwendungen im DUV- bzw. im VUV- Wellenlängenbereich typischerweise eine Dicke zwischen einigen wenigen μηη und etwa 100 μηη. Beispielsweise lassen sich mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht 13 von 10 μΐη Schichtdicke durch Anlegen einer elektrischen Spannung Hübe in der Größenordnung von 50 - 150 nm erreichen, wie sie für die Korrektur von Verzeichnungen und Fokusfehlen im DUV-Wellenlängenbereich erforderlich sind.
Zwischen der unteren Elektrode 15 und der piezoelektrisch aktiven Schicht 13 ist eine Anwachsschicht 18 angeordnet, die die mechanische Verbindung der gasfluss- gesputterten aktiven Schicht 13 zu der darunterliegenden Elektrodenschicht 15 und zum Substrat 14 verbessern soll. Die Anwachsschicht 18 unterstützt außerdem die piezoelektrisch aktive Schicht 13 darin, in einer geeigneten Kristallrichtung aufzuwachsen. Für PZT empfiehlt sich beispielsweise eine Anwachsschicht 18 aus LaNiO3. Die Schichtdicken typischer Anwachsschichten 18 liegen im Bereich zwischen 10 nm und 25 nm. Die in flächigem Kontakt mit dem aktiven Schichtmaterial bzw. der Anwachsschicht 18 stehenden Elektroden 15, 16 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Pt, Pd, Cr, AI etc., und sind durch elektrisch leitende Verbindungen mit einer schaltbaren oder regelbaren Spannungsquelle 27 verbunden. Die Schichtdicken der Elektroden 15, 16 betragen typischerweise mehrere nm.
Als Variation der bisher beschriebenen Ausführungsgestaltung der piezoelektrisch aktiven Schicht 13 in Form einer monolithischen, durchgängigen Schicht 24 ist es möglich, die piezoelektrisch aktive Schicht 13 in eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter, piezoelektrisch aktiver Elemente 13" zu strukturieren beziehungsweise zu parzellieren; dies ist in Figur 1 gestrichelt angedeutet. Eine solche Parzellierung kann beispielsweise durch lokale Laserablation der gasflussgesputterten Schicht 13 vor oder nach dem Aufbringen der oberen Elektroden 16 erfolgen. Alternativ kann die Parzellierung bereits während des Aufbringens der piezoelektrisch aktiven Schicht 13 unter Verwendung des Gasflusssputterns erzeugt werden, indem das piezoelektrisch aktive Material nur selektiv aufgetragen wird und zwischen den Einzelelementen 13" liegende Bereiche vom Sputtern ausgespart bleiben, so dass Lücken bzw. Spalte zwischen den Einzelelementen 13" gebildet werden.
Die laterale Ausdehnung der piezoelektrisch aktiven Elemente 13" entspricht vorteilhafterweise der lateralen Ausdehnung der oberen Elektroden16, so dass jeder oberen Elektrode 16 ein piezoelektrisch aktives Element 13" zugeordnet ist, dessen Ausdehnung in z-Richtung durch Anlegen einer Spannung an die ihm zugeordnete obere Elektrode 16 verändert werden kann.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spiegels 10b, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Spiegelelementen 30 umfasst, die gemeinsam auf dem Substrat 14 angeordnet sind und gemeinsam eine optische Fläche 12' des Spiegels 10b bilden. Jedes Spiegelelement 30 stellt dabei einen Bruchteil der gesamten Spiegelfläche 12 dar. Die Spiegelelemente 30 haben einen rechteckigen Querschnitt und sind mit gegenseitigem Abstand 31 nebeneinander angeordnet. In der gesamten Spiegelfläche können - je nach Anwendung - nur einige wenige bis zu mehr als 1000 Spiegelelemente 30 vorgesehen sein.
Jedes Spiegelelement 30 umfasst eine untere Elektrode 15' und eine obere Elektrode 16, ein zwischen den Elektroden 15', 16 angeordnetes piezoelektrisches Element 20 sowie eine optisch aktive Beschichtung 1 1 '. Jedes Spiegelelement 30 besitzt somit eine eigene untere und obere Elektrode 15', 16, um das diesem Spiegelelement 30 zugeordnete piezoelektrische Element 20 unabhängig von den anderen Spiegelelementen mit einem elektrischen Feld vorgebbarer Stärke beaufschlagen zu können. Die laterale Ausdehnung der Spiegelelemente 30 liegt typischerweise im Bereich zwischen einigen μηη bis in den cm-Bereich. Die Parzellierung des Spie- gelsl Ob in Form von Spiegelelementen 30 kann durch eine entsprechende Maskierung oder durch Laserablation erzeugt werden.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Spiegels 10c mit Spiegelelementen 30" dargestellt, die gemeinsam auf der Anwachsschicht 18 angeordnet sind und die gemeinsam die optische Fläche 12" des Spiegels 10c bilden. In diesem Ausführungsbeispiel überspannen Substrat 14, untere Elektrode 15 und Anwachsschicht 18 - analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 - durchgängig den gesamten Spiegel 10c, während die piezoelektrisch aktive Schicht 13, die obere Elektrode 16 und die optisch aktive Schicht 1 1 " parzelliert ausgeführt sind und die Spiegelelemente 30" bilden. Die piezoelektrischen Elemente 20" der Spiegelelemente 30" weisen dabei eine konische Form mit entlang der Längsachse z variierendem Querschnitt 21 auf, so dass ihr (der Anwachsschicht 18 benachbarter) Fuß einen größeren Querschnitt hat als ihr (der optisch aktiven Schicht 1 1 " zugewandter) Kopf.
Figuren 4 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele von Spiegeln 10d, 10e und 10f, in denen die piezoelektrisch aktive Schicht 13' in Form einer Vielzahl einzelner nebeneinander angeordneter Säulen 25 mikrostrukturiert ist. Zwischen den einzelnen Säulen 25 befinden sich Zwischenräume 26, so dass die Säulen 25 sich beim
Anlegen unterschiedlicher elektrischen Spannung an die Elektroden 15, 16 lateral (d.h. senkrecht zur z-Richtung) in unterschiedlichem Maße zusammenziehen können, ohne dass laterale mechanische Spannungen auf das Substrat 14 ausgeübt werden. Die Parzellierung der piezoelektrisch aktiven Schicht 13' besteht in diesen Ausführungsbeispielen somit in einer Strukturierung in Form einer Vielzahl von Einzelsäulen 25.
Die in Figur 4 dargestellte Mikrostrukturierung der piezoelektrischen Schicht 13' in Einzelsäulen 25 wurde durch lokales Ätzen einer durchgängigen, mittels Gasfluss- sputtern aufgebrachten piezoelektrisch aktiven Schicht hergestellt; auf diese Weise kann eine sehr regelmäßige Anordnung gleichmäßig beabstandeter Einzelsäulen 25 erzeugt werden. Um herstellungsbedingte Oberflächenunregelmäßigkeiten auf den Oberseiten der Einzelsäulen 25 auszugleichen und die Aufwachsbedingungen für die nachfolgenden Schichten zu verbessern, ist zwischen der piezoelektrischen Schicht 13' und der oberen Elektrode 16 eine Glättungsschicht 17, beispielsweise aus amorphem Silizium, vorgesehen, deren Oberfläche dann mittels lonenstrahl glatt poliert werden kann, bevor die Elektrodenschicht 16 aufgebracht wird.
Alternativ kann die Säulenstruktur direkt im Zuge des Aufwachsens der piezoelektrisch aktiven Schicht 13' mittels Gasflusssputterns erzeugt werden. Dabei wird der Wachstumsprozess der piezoelektrisch aktiven Schicht 13' in einer solchen Weise gesteuert, dass sich ein kolumnares Wachstum in Form nebeneinander angeordneter Säulen 25' einstellt. Eine auf diese Weise erzeugte Säulenstruktur ist in Figur 5 dargestellt. Ein nachfolgender Mikrostrukturierungs-Schritt ist in diesem Fall nicht mehr notwendig. Allerdings ist die Struktur der Säulen 25' und der Abstand 26' benachbarter Säulen 25' in diesem Fall unregelmäßiger als im Fall einer nachträglich mikrostrukturierten piezoelektrisch aktiven Schicht 13' der Figur 4. Zum Ausgleich von Höhenunterschieden zwischen den auf diese Weise aufgewachsenen Säulen 25' ist auch hier eine Glättungsschicht 17 vorgesehen.
Es ist möglich, die mikrostrukturierte piezoelektrisch aktive Schicht 13' durch Schattenmasken oder durch Laserablation in eine Vielzahl von Spiegelelementen 32 zu strukturieren, die jeweils mehrere Säulen 25, 25' umfassen. Dies ist in Figur 6 dargestellt. Hier entstehen somit wieder Spiegelelemente 32, die separat durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen an die Elektroden 15, 16 ansteuerbar sind. Eine solche Strukturierung ist im Vergleich zu den Einzelsäulen 25 der Figur 4 prozesstechnisch einfacher herstellbar.
In Figur 7 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Halbleiterlithographie dargestellt, in welcher die oben beschriebene Erfindung zur Anwendung kommt und welche zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat dient. Das Substrat besteht im Allgemeinen überwiegend aus Silizium und wird als Wafer 102 bezeichnet, aus welchem insbesondere Halbleiterbauelemente wie z.B. Computerchips hergestellt werden können. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 zeigt dabei im Wesentlichen eine Beleuchtungseinrichtung 103, eine Reticlestage genannte Einrichtung 104 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 105, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 102 bestimmt werden, eine Einrichtung 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108 bzw. 108', die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektives 107 gehalten sind.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
Die Beleuchtungseinrichtung 103 stellt einen für die Abbildung des Reticles 105 auf dem Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl beim Auftreffen auf das Reticle 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Im Ergebnis wird ein Bild des Reticles 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Reticle 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Reticles 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden. Das Projektionsobjektiv 107 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen 108, bzw. 108' wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf. Im gezeigten Beispiel finden die beiden Spiegel 108' zur Faltung des Projektionsstrahles Verwendung. Dabei kann erfindungsgemäß der anhand der Figuren 1 - 6 erläuterte Aufbau eines deformierbaren Spiegels 10 für einen der beiden Spiegel 108' oder auch für beide Spiegel 108' zur Anwendung konnnnen.

Claims

Patentansprüche
1 . Spiegel (10) mit einer optisch aktiven Fläche (12) zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung, mit mindestens einer piezoelektrisch aktiven Schicht (13) zur Deformation der optisch aktiven Fläche (12), welche zwischen der optisch aktiven Fläche (12) und einem Substrat (14) angeordnet ist
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der piezoelektrisch aktiven Schicht (13) um eine Gasfluss- Sputterschicht handelt und dass die piezoelektrisch aktive Schicht (13) eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter piezoelektrischer Elemente (20, 20", 25, 25') umfasst, wobei mindestens eines der piezoelektrischen Elemente (20") derart ausgebildet ist, dass sich seine Querschnittsfläche (21 ) entlang seiner Längsachse (z) ändert.
2. Spiegel (1 Od, 10e, 10f) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der piezoelektrisch aktiven Schicht (13) und der optisch aktiven Fläche (12) eine Glättungsschicht (17) angeordnet ist.
3. Spiegel (10c) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das piezoelektrische Element (20") mindestens abschnittsweise konisch ausgebildet ist.
4. Spiegel (10a) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die piezoelektrische Schicht (13, 24) als durchgängige Schicht ausgebildet ist.
5. Spiegel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die piezoelektrische Schicht (13) eine Dicke im Bereich von 10μηη bis 50μηη aufweist.
6. Spiegel (10a, 10b, 10c) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Anwachsschicht (18) zwischen der piezoelektrischen Schicht (13) und einer unteren Elektrode (15) ausgebildet ist.
7. Spiegel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Schicht (13) Blei- Zirkonat-Titanat (PZT) oder PbMnNbO3 (PMN) enthält.
8. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die piezoelektrische Schicht (13) LiNiOs oder LiTaO3 enthält.
9. Projektionsbelichtungsanlage (100) für die Halbleiterlithographie mit einer Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen (108'), wobei mindestens eines der Elemente (108') ein Spiegel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Spiegels (10) mit einer optisch aktiven Fläche (12) zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung, mit mindestens einer piezoelektrisch aktiven Schicht (13) zur Deformation der optisch aktiven Fläche (12), welche zwischen der optisch aktiven Fläche (12) und einem Substrat (14) angeordnet ist
dadurch gekennzeichnet, dass
die piezoelektrisch aktive Schicht (13) durch Gasflusssputtern erzeugt wird.
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